Sistema de Monitoramento e Controle de Vazamento de Gás SF6

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Sistema de Monitoramento e Controle
de Vazamento de Gás SF6 em SE´s
Blindadas Antigas
Eduardo M. Carneiro - CTEEP
Bruno Abrantes Basseto - AdTS
Renato de Sousa Cunha - AdTS
Resumo-Este artigo apresenta o resultado do trabalho de
pesquisa e desenvolvimento, envolvendo a concepção e o desenvolvimento e a implantação de um sistema de monitoramento e
controle de vazamento de gás SF6, aplicados a uma subestação
antiga, não instrumentada, isto é, somente com pressostatos –
densímetros convencionais, que recebeu um número de sensores de pressão de SF6 de última geração, sensores estes que
foram acoplados a um sistema de aquisição de dados de mercado, composto de hardware e software micro SCADA de mercado, com requisitos funcionais de uso efetivo da área de. Este
sistema foi implantado em uma subestação da CTEEP, visando
à comprovação prática de seu desempenho e eficiência.
Ponto importante desenvolvido para esta aplicação é a disponibilidade remota , em tempo real, das informações de pressão
por compartimento, que permitem a área de manutenção fazer
uma intervenção programada, eliminando-se custos de deslocamentos dispensáveis, em função da avaliação da maior ou
menor severidade do vazamento diagnosticado. Esta disponibilidade de informações remotas foi conseguida, com a utilização
de comunicação via satélite que se mostrou técnica e financeiramente viável nesta aplicação.
Palavras-chave— Monitoramento, Sensores de pressão
para gás SF6, Vazamento de gás SF6 e Subestações blindadas isoladas a SF6.
I. INTRODUÇÃO
Este trabalho foi desenvolvido como uma ferramenta de
uso da manutenção, dentro do enfoque de monitoramento de
subestações blindadas remotamente assistidas, visando gerar
subsídio para a tomada de decisão crítica de se atender de
imediato uma determinada ocorrência de vazamento ou programar o atendimento da mesma, com base em informações
confiáveis de um sistema que possibilitasse a coleta, tratamento e transmissão remota dos dados de pressão, utilizando um sistema de comunicação com índices de disponibilidade também confiável. A motivação para a realização deste
trabalho está fundamentada na disponibilidade de tecnologia
multidisciplinar, até o momento não aplicado às subestações
blindadas antigas, que pudesse com segurança dar suporte à
tomada de decisão citada. O grande desafio foi tornar as
informações disponíveis e, conceber e desenvolver algorítimos confiáveis para diagnóstico de falha dos sensores, de
forma a evitar decisão equivocada que poderia ser danosa
para o equipamento. Experiências anteriores do uso de sen-
sores/transmissores de pressão de SF6 demonstrou que a
escolha do sensor é ponto crítico para o sucesso da aplicação. A aquisição de sensores aplicados ao meio isolante de
SE´s blindadas – SF6, deve apresentar características de
confiabilidade e disponibilidade, que extrapolam aquelas de
componentes disponíveis no mercado, destinados a outras
aplicações. A experiência da CTEEP em sensores para monitoramento demonstrou a necessidade de refinar estas especificações com o objetivo de melhor qualificar tais sensores.
O projeto proposto pesquisou e avaliou dispositivos e
sensores comerciais aplicáveis ao sistema de monitoramento
de pressão de gás SF6 e desenvolveu um modelo de integração desses dispositivos com sistema de aquisição e tratamento de dados de mercado. Esta pesquisa possibilitou
identificar as soluções disponíveis que apresentam características compatíveis com a aplicação, do ponto de vista técnico e de custo, no mercado.
O projeto de pesquisa envolveu o estudo e implementação de uma ferramenta, onde os dados históricos obtidos
pelo sistema de sensoriamento alimentam o processo de
diagnóstico, o qual avalia a condição de cada câmara da
subestação blindada, a partir dos valores de pressão corrigida correspondentes.
A partir de um conjunto de medições consecutivas, o sistema avalia a perda de gás, mediante processo de aproximação via regressão linear e/ou quadrática. Os coeficientes
aproximados são comparados à perda nominal prevista para
o equipamento, gerando alarmes nos casos de discrepância.
Os alarmes que podem ser verificados são de três tipos:
• Falha de pressão, em que a pressão medida está
abaixo de um valor determinado;
• Falha de vazamento, em que o coeficiente de
perda de gás é bastante superior ao nominal;
• Falha de sensor, em que o coeficiente de perda
de gás é negativo e inferior ao valor plausível
em uma condição de recarga ou o desvio padrão
das leituras em relação à função de aproximação
da pressão for excessivamente grande.
O gráfico da figura seguinte ilustra essas situações.
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pressão
falha
sensor
falha
sensor
nominal
falha
vazamento
limite mínimo para falha de pressão
tempo
O sistema registra a ocorrência de todos os alarmes reportados, bem como seus respectivos horários de ocorrência.
Os parâmetros do diagnóstico são todos configuráveis (local
e remotamente):• Quantidade de dados usada para a aproximação
dos coeficientes de perda de gás;
• Erro ou desvio padrão considerado na aproximação;
• Valores nominais para perda de gás e coeficiente
de recarga;
• Limites para verificação dos diversos alarmes.
A pesquisa incluiu também o estudo e a implementação
de uma ferramenta de Predição, onde os dados históricos
mensurados e os valores aproximados para os coeficientes
de perda de gás são utilizados para inferir - através de processo de extrapolação - as datas de manutenção necessárias
para cada câmara do sistema.
Para tanto, são calculados os pontos onde a curva extrapolada da pressão cruza um valor de limiar mínimo para
recarga, programado como um parâmetro no sistema. Os
valores calculados para as datas de manutenção são continuamente apresentados ao operador do sistema, juntamente
com as demais informações medidas e calculadas.
O projeto em questão teve um período total de um ano.
No início do projeto, as macros atividades originalmente
previstas no contrato, “Levantamento e estudo dos Materiais, Equipamentos e Serviços”, “Aquisição dos Materiais” e
“Projeto do Sistema de Aquisição de Dados e de Telecomunicações”, “Instalação
em Campo
dos Sensores/Transmissores”, “Desenvolvimento do Sistema de Comunicação Local”, “Implantação do Sistema”, “Testes e
Ajustes”, “Elaboração de Manuais” e “Realização de Treinamento”.. Estas atividades foram detalhadas e estão descritas no item a seguir de “Descrição Sumária da Metodologia
Adotada no Projeto”, visando obter resultados práticos e
concretos mais rapidamente.
O resultado final obtido com a implantação do sistema se
traduziu na imediata utilização do mesmo pela equipe de
manutenção da SE, como ferramenta que possibilita padronizar os métodos de avaliação de anomalias e programação
otimizada da manutenção, intervindo quando realmente necessário, propiciando redução de custos de manutenção.
III. DESCRIÇÃO SUMÁRIA DA METODOLOGIA
ADOTADA NO DESENVOLVIMENTO DO PROJETO
Foram pesquisados dois tipos diferentes de sensores aplicáveis `monitoramento de pressão de SF6. Decidiu-se pela
utilização daquele que mantivesse todos requisitos de disponibilidade e confiabilidade e propiciasse menor custo de
integração com o sistema de aquisição e tratamento de dados de mercado.
pressão
pressão medida
extrapolação
limite mínimo para manutenção
Figura 1. Detalhe do transmissor de pressão com interface
de comunicação serial RS485 instalado.
data prevista para manutenção
tempo
II. RESULTADOS ALCANÇADOS
Como resultado final do projeto, foi instalado um sistema
na SE RIO PARDO, de propriedade da CTEEP, remotamente assistida pela operação a partir de o centro de operação de área localizado na SE CABREUVA e pela manutenção, sediada na cidade de TAUBATÉ, para onde as informações deste sistema foram transmitidas via satélite.
Foram avaliados dois tipos de sistema para aquisição e tratamento de dados, optando-se pela plataforma de hardware
sem nenhuma customização ou desenvolvimento de hardware específico e software de mercado, visando reduzir investimento inicial de implantação e reduzir os custos de manutenção do sistema.
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IV. RESULTADOS ESPERADOS X DISCREPÂNCIAS
VERIFICADAS
Os resultados esperados da pesquisa foram plenamente alcançados sem discrepâncias consideráveis, mesmo tendo
havido dificuldades de implantação dos sensores e implantação do link de comunicação, que inicialmente pensado em
utilização de modem celular, tecnologia disponível porém
não satisfatória nesta aplicação em função da geolocalização da subestação não ser coberta por nenhuma operadora. Esta restrição direcionou para outra alternativa viável e disponível, através dede comunicação link via satélite.
Figura2. Tela do sistema de monitoramento instalado na SE
Rio Pardo / SE Taubaté.
As atividades inicialmente previstas foram detalhadas conforme a seguir:
1) Especificação e aquisição de sensores/transmissores de
pressão aplicáveis em SE´s blindadas.
2) Concepção e especificação funcional do sistema e da
rede de comunicação de sensores/transmissores de
pressão, para instalação.
3) Aquisição dos sensores e definição das adequações para
instalação, nos diversos compartimentos da estação SE
blindada.
4) Estudo, especificação, aquisição e implantação de meio
de comunicação adequado para transferência de dados
remotamente, da SE para a respectiva seção de manutenção.
5) Especificação e aquisição do sistema – software aberto,
de mercado e implantação de uma IHM para o sistema
e integração do mesmo a rede de sensores em laboratório.
6) Estudo dos métodos de avaliação /controle de vazamento de gás SF6, para determinação do grau de severidade
dos alarmes e determinação de condições críticas de
operação.
7) Implementação, no sistema computacional, dos métodos de avaliação aplicáveis ao sistema de monitoramento em pauta.
8) Testes de validação e treinamento da equipe de manutenção.
Após um período de avaliação em bancada de mais de 60
dias, o sistema foi implantado e comissionado em maio de
2006 e entregue a equipe de manutenção, com o objetivo de
verificação de desempenho efetivo, com a utilização do
mesmo. A comprovação da eficiência será obtida com a
observação do mesmo em um período de no mínimo mais
seis meses, sendo utilizado na prática pela equipe de manutenção.
Resultados esperados: Sistema de monitoramento instalado, disponível e confiável para utilização da área de manutenção, como ferramenta para diagnóstico de anomalias de
vazamento de gás SF6 na SE RIO PARDO e programação
otimizada das intervenções de manutenção.
Resultados verificados: Os dados coletados em campo,
remotamente em TAUBATÉ demonstram que o sistema e
suas funcionalidades, apresentam comportamento eficiente
conforme a proposição.
V. ESTRATÉGICA DE DIFUSÃO TECNOLÓGICA DOS
RESULTADOS DA PESQUISA.
A transferência / difusão da pesquisa, em âmbito interno à
companhia, ocorreu através treinamento formal dos funcionários da CTEEP, e poderá ser enfatizada a partir de eventual apresentação em seminários ou congressos e ainda na
utilização prática e direta do sistema, assim como a aplicação do mesmo em outras subestações blindadas antigas.
VI. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] Sistemas de monitoramento e diagnóstico de equipamentos de subestações, P&D ANEEL IEE/USP-CTEEP-EPTEBANDEIRANTE-CGEET-CESP-CPFL, ciclo 1998/2000;
[2] Implantação de sistemas especialistas de equipamentos
de subestações - P&D ANEEL IEE/USP-CTEEP-EPTEBANDEIRANTE-CGEET-CESP-CPFL, ciclo 2000/2002;